Relaciones de causa y efecto entre sistemas naturales y de ingeniería

Causa y efecto

La capacidad de determinar causa y efecto se remonta a nuestra infancia. Todos, en algún momento, volcamos un taza (vaso) de jugo e hicimos un desastre. Dependiendo de nuestra edad, es posible que nos hayan regañado u obligado a limpiarlo. O tal vez no. Pero en algún momento, todos llegamos a la siguiente conclusión: tirar una taza de líquido podría causar un derrame. Probablemente no teníamos una comprensión detallada de la gravedad, la presión o la dinámica de fluidos. Es posible que hayamos podido diferenciar entre tazas con tapas y tazas sin ellas. Pero nuestra determinación de causa y efecto se basó, en su mayor parte, en la observación. Golpeé la taza, luego se volcó, luego el líquido se derramó. En el mundo de la ciencia, a menudo es difícil probar causa y efecto. Quizás no con un sistema tan simple como una taza, un poco de jugo y un bebé, pero con sistemas más complejos, como el clima global, por ejemplo, a menudo es difícil determinar qué está causando un efecto determinado. Tal vez el huracán que está viendo esté causando que el océano se caliente, o tal vez el océano se está calentando a causa del huracán. O tal vez las dos cosas no están relacionadas, o tal vez comparten una causa raíz, pero ninguna causa explícitamente a la otra. Cuando se trata de las preguntas de vanguardia de la ciencia moderna, determinar la causa y el efecto rara vez es fácil.

Causalidad vs Correlación

La palabra causalidad se define como el acto o agencia que produce un efecto. Pero esta definición es a menudo inútil. ¿Es necesario que el acto sea la única causa del efecto? ¿Simplemente tiene que ser la causa principal? ¿O la gota que colmó el vaso? ¿Fue la causa del jugo derramado o el hecho de que el bebé lo derribara? ¿O fue el acto de llenar la copa en primer lugar? Estas no siempre son preguntas fáciles. Para complicar el asunto hay un término llamado correlación. La correlación se define como una relación entre fenómenos que ocurren juntos en un grado que no se explica por azar. En el mundo de la ciencia, la correlación y la causalidad se consideran categorías exclusivas. Tomemos el ejemplo de los huracanes y los océanos cálidos. Un científico podría conectar los dos fenómenos de cuatro maneras posibles.

1. Los huracanes causan océanos cálidos: esta explicación sería un ejemplo de causalidad.
2. Los océanos cálidos causan huracanes: como el primer ejemplo, este sería un ejemplo de causalidad, pero con la dirección inversa de la causalidad.
3. Los océanos cálidos y los huracanes están correlacionados: esto significaría que los dos fenómenos a menudo ocurren juntos pero que ninguno causa el otro. Probablemente significaría que los dos fenómenos comparten una causa raíz.
4. Los océanos cálidos y los huracanes no están relacionados: esta explicación significaría que los dos fenómenos no están relacionados y ocurren juntos solo por casualidad.

Para alguien que haya estudiado ciencias climáticas, podría reconocer que la respuesta correcta es la explicación #2. Pero, ¿cómo probaría esto un científico? Uno podría descartar la explicación #4 simplemente observando los huracanes; se forman sobre agua tibia mucho más a menudo que en agua fría. Pero diferenciar entre las opciones 1, 2 y 3 sería mucho más desafiante. Los científicos lo hacen a través de la experimentación y la observación cuidadosa y sistemática. Quizás un científico del clima podría ejecutar dos modelos de computadora, uno con océanos fríos y otro con océanos cálidos, y contar la cantidad de huracanes que se forman. O tal vez podrían cambiar la temperatura del océano en el modelo de computadora a mitad de la tormenta y ver qué sucede. O tal vez podrían ver lo que sucede con los huracanes reales cuando se mueven sobre aguas más frías. El misterio de la correlación frente a la causalidad aún persigue a los científicos.

Desventuras famosas en correlación y causalidad

A lo largo de la historia, ha habido muchos científicos y muchas personas que atribuyeron erróneamente la correlación y la causalidad por una variedad de razones. A continuación se muestra una breve lista de ejemplos famosos. Tómalos como una advertencia. Es solo a través del estudio cuidadoso de los artículos científicos, ¡como este!, que uno puede asegurarse de que no aparezcan algún día en una lista como la que se muestra a continuación.

• La falacia de Montecarlo: en una infame ciudad turística de Mónaco en 1913, sucedió algo extraño en la rueda de la ruleta. Mientras los apostadores miraban, la bola cayó en la rueda y aterrizó en negro veintiséis veces seguidas. Muchos apostadores frustrados continuaron apostando al rojo, insistiendo en que ‘el rojo se vencía’. Pero en realidad, la rueda de la ruleta no se ve afectada por los resultados anteriores. No hay causalidad ni correlación entre las tiradas futuras y las tiradas pasadas. Pero los apostadores siguieron apostando sus fichas, y el casino hizo una matanza. Hoy en día, esta creencia se conoce como la ‘falacia de Montecarlo’.
• Terapia de Reemplazo Hormonal: En 1991, un innovador estudio médico sobre la Terapia de Reemplazo Hormonal (TRH) descubrió todo tipo de efectos positivos para las mujeres; eliminó los síntomas de la menopausia e incluso redujo el riesgo de enfermedad cardíaca. Pero extrañamente, los beneficios no podrían ser producidos por estudios futuros. ¿Por qué las malas noticias? Resulta que, en el estudio inicial, las mujeres que recibieron TRH eran más ricas, tenían mejores dietas y hacían más ejercicio. El menor riesgo de enfermedad cardíaca simplemente se correlacionó con la TRH, no fue causado por ella.
• Calentamiento global: ya en 1912, los científicos discutieron la teoría de que la contaminación del aire podría afectar el clima global. Mirando hacia atrás en los sedimentos oceánicos bénticos y los antiguos núcleos de hielo, se revela una relación aparente entre la temperatura del planeta Tierra y la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. Pero, ¿qué cambio causa cuál? ¿Más dióxido de carbono conduce a un planeta más cálido, o un planeta en calentamiento conduce al derretimiento del permafrost y la liberación de dióxido de carbono? ¿O es posible que las dos variables estén correlacionadas, pero ninguna causa la otra? Los científicos debatieron estas ideas durante décadas. Pero recientemente, a medida que los termómetros han seguido subiendo en todo el mundo, el misterio se ha resuelto. La liberación de dióxido de carbono, ¡por parte de los humanos!, es la causa principal del calentamiento global.

Resumen de la lección

No siempre es fácil probar causa y efecto en sistemas naturales o de ingeniería. La causalidad se define como el acto o agencia que produce un efecto. La correlación se define como una relación entre fenómenos que ocurren juntos en un grado que no se explica por casualidad. Por ejemplo, veamos dos fenómenos naturales: océanos cálidos y huracanes. Hay cuatro posibles explicaciones que conectan los dos. Primero, es posible que los huracanes causen océanos cálidos. En segundo lugar, es posible que los océanos cálidos provoquen huracanes. Tercero, es posible que las dos cosas estén correlacionadas, pero ninguna causa la otra. Y cuarto, es posible que los dos fenómenos no estén relacionados. Entonces, ¿cuál es? ¿Y cómo puede un científico saberlo con certeza? La respuesta correcta es la número dos: los océanos cálidos provocan huracanes. Sin embargo, tales conclusiones no son fáciles de sacar para un científico, particularmente cuando estudia sistemas complejos como el clima global o el cuerpo humano. Es solo a través de una experimentación cuidadosa, utilizando grupos de control y el método científico, que un científico puede realmente comenzar a desentrañar el misterio de causa y efecto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador